噴霧干燥的含水高嶺土粘土及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了生產(chǎn)噴霧干燥的含水高嶺土粘土的方法，所述方法包括將含水高嶺土粘土與水、聚丙烯酸銨或聚丙烯酸、氫氧化銨以及選自2-氨基-2-甲基-1-丙醇、2-甲基氨基-2-甲基-1-丙醇、1-氨基-2-丙醇或其混合物的丙醇胺混合，以產(chǎn)生粘度穩(wěn)定的分散的漿料，并且對所述漿料進(jìn)行噴霧干燥以產(chǎn)生噴霧干燥的含水高嶺土粘土。還公開噴霧干燥的含水高嶺土粘土。
【專利說明】噴霧干燥的含水高嶺土粘土及其生產(chǎn)方法

【背景技術(shù)】
[0001] 可噴霧干燥的高嶺土粘土漿料可通過用包括調(diào)節(jié)pH值的化學(xué)品和分散劑的化學(xué) 試劑處理高嶺土來制備。添加這些化學(xué)試劑以便以成本有效的方式降低漿料的粘度并且維 持漿料的穩(wěn)定性。這些過程中所用的大部分化學(xué)試劑會(huì)保留在干燥產(chǎn)品中，甚至在干燥和 粉碎之后也是如此。因此，存在于干燥產(chǎn)品中的分散劑產(chǎn)生可再分散于水中的粘土。然而， 在包括粘土作為填料的某些產(chǎn)品中可能不需要具有可再分散性粘土，并且可能會(huì)負(fù)面地影 響這些產(chǎn)品的性質(zhì)。
[0002] 發(fā)明概述
[0003] 本文描述了生產(chǎn)噴霧干燥的含水高嶺土粘土的方法。所述方法包括將含水高嶺土 粘土與水、聚丙烯酸銨或聚丙烯酸、氫氧化銨以及選自2-氨基-2-甲基-1-丙醇、2-甲基氨 基-2-甲基-1-丙醇、1-氨基-2-丙醇或其混合物的丙醇胺混合，以產(chǎn)生粘度穩(wěn)定的分散漿 料，并且對所述漿料進(jìn)行噴霧干燥以產(chǎn)生噴霧干燥的含水高嶺土粘土。在一些實(shí)施方案中， 所述方法在混合步驟之前還可包括以下步驟：將粗高嶺土粘土與水和化學(xué)分散劑混合以產(chǎn) 生分散的泥漿，對該分散的泥漿進(jìn)行精制以從該分散的泥漿中去除砂和其它大的非粘土顆 粒，通過對該分散的泥漿進(jìn)行化學(xué)漂白來從精制的分散的泥漿中去除鐵，以及對該分散的 泥楽進(jìn)彳丁過濾以廣生具有53% -68%固體并且包含含水尚嶺土粘土的濾餅。該粗尚嶺土粘 土與水和化學(xué)分散劑混合的步驟可包括將濾餅與水、聚丙烯酸銨或聚丙烯酸、氫氧化銨以 及丙醇胺混合。
[0004] 在一些實(shí)施方案中，丙醇胺與聚丙烯酸銨或聚丙烯酸的重量比為3. 75:1至 5. 75:1 (例如約4. 75:1)。在一些實(shí)施方案中，所述混合步驟包括將含水高嶺土與量為1. 1 重量％至1. 3重量％的聚丙烯酸銨或聚丙烯酸、量為12. 6重量％至15. 4重量％氨（即NH3) 的氫氧化銨以及量為5. 1重量％至6. 3重量％的丙醇胺混合，其余基本上為水。任選地，所 述方法還可包括以下步驟：將噴霧干燥的含水高嶺土粘土加熱至500°C至850°C的溫度以 產(chǎn)生偏高嶺土粘土。任選地，所述方法還可包括以下步驟：將噴霧干燥的含水高嶺土粘土加 熱至高于800°C至1100°C的溫度以產(chǎn)生充分煅燒的粘土。
[0005] 在所述混合步驟之后的含水高嶺土可具有50%至65%固體。在一些實(shí)施方案中， 在混合步驟之后的pH值為7. 6至10。在噴霧干燥步驟之后的pH值可為5至小于8. 5。 在一些實(shí)施方案中，在混合步驟之后的漿料的粘度在該漿料形成之后在攪拌5天后小于 1000(^。在一些實(shí)施方案中，在噴霧干燥步驟之后的粘度在50%固體時(shí)為至少2000$。
[0006] 本文還描述了一種噴霧干燥的含水高嶺土粘土，其包含選自2-氨基-2-甲 基-1-丙醇、2-甲基氨基-2-甲基-1-丙醇、1-氨基-2-丙醇或其混合物的丙醇胺以及聚 丙烯酸銨或聚丙烯酸。聚丙烯酸銨或聚丙烯酸的量為每噸干燥粘土小于18鎊（例如每噸 干燥粘土小于15鎊、每噸干燥粘土小于12鎊、每噸干燥粘土小于6鎊、每噸干燥粘土小于 3鎊、每噸干燥粘土小于2鎊或每噸干燥粘土小于1鎊）。在一些實(shí)施方案中，該粘土若添 加至水中，則基本上不再分散于水中。在一些實(shí)施方案中，丙醇胺與聚丙烯酸銨或聚丙烯酸 的重量比為3. 75:1至5. 75:1 (例如約4. 75:1)。任選地，干燥粘土的pH值為5至小于8. 5 并且其粘度在50%固體時(shí)為至少2000〇卩。
[0007] 下文描述中闡述了一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)。通過說明書和權(quán)利要求，其它特 征、目標(biāo)以及優(yōu)點(diǎn)將為顯而易見的。
[0008] 發(fā)明詳述
[0009] 本文公開了噴霧干燥的含水高嶺土粘土及其生產(chǎn)方法。所述方法包括將允許利用 現(xiàn)有過濾、漿化以及噴霧干燥設(shè)備的化學(xué)品的組合。本文所述方法在生產(chǎn)過去用諸如僅具 有噴霧干燥器產(chǎn)率的一部分的帶式干燥器的設(shè)備所生產(chǎn)的產(chǎn)物的同時(shí)可允許過濾器和混 合器保持正常的噴霧干燥器操作的典型生產(chǎn)率。對高嶺土粘土的表面化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行改變 以使得干燥產(chǎn)物在粘度和pH值方面的性能類似于酸性絮凝的或空氣浮選的高嶺石產(chǎn)物。 另外，所述方法產(chǎn)生經(jīng)預(yù)先干燥的穩(wěn)定進(jìn)給漿料，可將所述漿料維持?jǐn)?shù)天，然后進(jìn)行噴霧干 燥。
[0010] 生產(chǎn)噴霧干燥的含水高嶺土粘土的方法包括將含水高嶺土粘土與水、聚丙烯酸銨 或聚丙烯酸、氫氧化銨以及選自2-氨基-2-甲基-1-丙醇、2-甲基氨基-2-甲基-1-丙醇、 1-氨基-2-丙醇或其混合物的丙醇胺混合，以產(chǎn)生粘度穩(wěn)定的分散漿料，并且對所述漿料 進(jìn)行噴霧干燥以產(chǎn)生噴霧干燥的含水高嶺土粘土。根據(jù)所述方法生產(chǎn)的高嶺土粘土具有酸 性絮凝的或空氣分散的高嶺土粘土的特性。
[0011] 在一些實(shí)施方案中，所述方法可包括將粗高嶺土粘土與水和化學(xué)分散劑（即主分 散劑）混合以產(chǎn)生分散的泥漿。例如可在諸如攪拌機(jī)等刀片式混合器中對這些組分進(jìn)行混 合。例如化學(xué)分散劑可為碳酸鈉、六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、焦磷酸四鈉、堿性硅酸鹽、聚丙 烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯或其混合物。分散的泥漿可具有35-45%的固體含量。
[0012] 接著可對分散的泥漿進(jìn)行精制以從該分散的泥漿中去除砂和其它大的非粘土顆 粒。諸如"沙箱（sandbox)"等裝置可用于去除較大顆粒。可任選地通過使用水力旋流器儀 器和/或篩網(wǎng)來去除細(xì)小碎肩。
[0013] 接著可通過離心將分散的泥漿分離成各級分?？墒褂眠x礦工藝來調(diào)整各級分的 亮度和顏色。選礦工藝可使用例如水、磁力分離器、化學(xué)增強(qiáng)式磁力分離（CAMS)、浮選機(jī) (floatcell)以及臭氧化機(jī)來進(jìn)行。在一些實(shí)施方案中，可在選礦工藝之前將各級分的固 體含量減至約30%。
[0014] 所述方法還可包括通過對分散的泥漿進(jìn)行化學(xué)漂白（或浸析）來從精制的分散的 泥漿中去除鐵的步驟。化學(xué)漂白可通過將硫酸添加至分散的泥漿中來進(jìn)行，這中和了分散 劑并且使泥漿絮凝。可在酸性條件下添加連二亞硫酸鈉來將三價(jià)鐵還原為二價(jià)鐵。化學(xué)漂 白工藝可改善泥漿的亮度和顏色。
[0015] 接著可對分散的泥漿進(jìn)行過濾以產(chǎn)生包含含水高嶺土粘土的濾餅?？捎盟疀_洗該 濾餅以進(jìn)一步去除化學(xué)品。所得濾餅具有53%至68%的固體含量。例如，濾餅可具有55% 至65%或58%至63%的固體含量。
[0016] 接著可對含水高嶺土粘土，諸如根據(jù)以上論述的可選步驟生產(chǎn)的濾餅，通過使用 槳葉式或刀片式混合器來與水、聚丙烯酸銨或聚丙烯酸、氫氧化銨以及丙醇胺混合而進(jìn)行 再摻混以產(chǎn)生經(jīng)再摻混的泥漿。聚丙烯酸銨或聚丙烯酸可以1.0重量％至1.5重量％的 量存在。例如，聚丙烯酸銨或聚丙烯酸可以1. 1重量％、1.2重量％、1.3重量％或1.4重 量％的量存在。任選地，聚丙烯酸銨可由氨和聚丙烯酸制備。氫氧化銨可以12. 6%至15. 4 重量％氨的量包含在內(nèi)。例如，可包含足夠的氫氧化銨以提供12. 7重量％、12. 8重量％、 12. 9 重量 ％、13. 0 重量 ％、13. 1 重量 ％、13. 2 重量 ％、13. 3 重量 ％、13. 4 重量 ％、13. 5 重 量％、13. 6 重量％、13. 7 重量％、13. 8 重量％、13. 9 重量％、14. 0 重量％、14. 1 重量％、14. 2 重量％、14. 3重量％、14. 4重量％、14. 5重量％、14. 6重量％、14. 7重量％、14. 8重量％、 14. 9重量％、15. 0重量％、15. 1重量％、15. 2重量％或15. 3重量％的氨。還可以5. 1重 量％至6. 3重量％的量添加一種或多種丙醇胺。例如，可以5. 2重量％、5. 3重量％、5. 4 重量％、5.5重量％、5.6重量％、5.7重量％、5.8重量％、5.9重量％、6.0重量％、6.1重 量％或6. 2重量％的量添加丙醇胺。丙醇胺可為符合21C.F.R. § §175和176關(guān)于食品 包裝規(guī)定的化合物，并且可為2-氨基-2-甲基-1-丙醇、2-甲基氨基-2-甲基-1-丙醇、 1-氨基-2-丙醇或其混合物。在一些實(shí)例中，丙醇胺與聚丙烯酸銨或聚丙烯酸的重量比為 3. 75:1至5. 75:1 (例如約4. 75:1)?；旌衔锇鳛槠溆辔镔|(zhì)。任選地，將水、聚丙烯酸 銨或聚丙烯酸、氫氧化銨以及丙醇胺混合在一起，然后與粘土組合。
[0017] 所得經(jīng)再摻混的泥漿（即在混合步驟之后的含水高嶺土）為一種粘度穩(wěn)定的分散 漿料，其可含有50%至65%固體。例如，所得的經(jīng)再摻混的泥漿可含有53%至62%或55% 至60%固體。經(jīng)再摻混的泥漿的pH值可為7. 6至10 (例如8. 0至9. 5或8. 5至9. 0)。經(jīng) 再摻混的泥漿的粘度在該漿料形成之后在攪拌5天后可小于lOOOcP。例如，粘度可小于 900cP、小于 800cP、小于 700cP、小于 600cP、小于 500cP或小于 400cP(例如 300cP)。
[0018] 所述方法接著包括例如在300°F至450°F的溫度下對漿料進(jìn)行噴霧干燥以產(chǎn) 生噴霧干燥的含水高嶺土粘土的步驟。噴霧干燥的粘土還可被描述為經(jīng)預(yù)先分散并噴霧干 燥的珠狀高嶺土粘土。噴霧干燥步驟去除了在化學(xué)分散劑中所提供的氫氧化銨。噴霧干燥 的漿料的pH值為5至小于8. 5 (例如5. 5至7. 5或6. 0至7. 0)。噴霧干燥的漿料的粘度在 50%固體時(shí)為至少2000cP(S卩，在與水組合以產(chǎn)生50%固體時(shí)）。例如，噴霧干燥的漿料的 粘度在50%固體時(shí)可大于2000cP、大于2500cP或大于3000cP。
[0019] 可對噴霧干燥的粘土進(jìn)行加熱以產(chǎn)生偏高嶺土粘土或充分煅燒的粘土。在一些實(shí) 施方案中，所述方法還可包括將噴霧干燥的含水高嶺土粘土加熱至500°C至850°C的溫度 以產(chǎn)生偏高嶺土粘土的步驟。在其它實(shí)施方案中，可將噴霧干燥的含水高嶺土粘土加熱至 高于800°C至1100°C的溫度以產(chǎn)生充分煅燒的粘土。
[0020] 所得的噴霧干燥的粘土包括選自2-氨基-2-甲基-1-丙醇、2-甲基氨基-2-甲 基-1-丙醇、1-氨基-2-丙醇或其混合物的丙醇胺以及聚丙烯酸銨或聚丙烯酸。聚丙烯酸 銨或聚丙烯酸的量為每噸干燥粘土小于18鎊（例如每噸干燥粘土小于15鎊、每噸干燥粘 土小于12鎊、每噸干燥粘土小于6鎊、每噸干燥粘土小于3鎊、每噸干燥粘土小于2鎊或每 噸干燥粘土小于1鎊）。噴霧干燥的粘土若添加至水中，則基本上不可再分散于水中?？稍?分散性是通過在50%固體時(shí)測量粘度來測定。例如，在50%固體時(shí)粘度為至少2000cP。
[0021] 根據(jù)本文所述方法生產(chǎn)的噴霧干燥的粘土可用于生產(chǎn)具有如聯(lián)邦法規(guī)所允許的 間接食品接觸（例如在食品包裝中）的物品。例如，所述方法生產(chǎn)可用于如可由FDA根據(jù) 21C.F.R. § §175和176所規(guī)定與含水或高脂肪食品間接接觸的諸如紙張和紙板等產(chǎn)物 中的高嶺土產(chǎn)物。所述粘土也不含結(jié)晶二氧化硅。此外，本文所述方法允許與傳統(tǒng)制備方 法一致的平均生產(chǎn)量。相對于可能具有極低噸數(shù)/小時(shí)的本領(lǐng)域已知方法而言，這是一大 改善。
[0022] 以下實(shí)施例意在進(jìn)一步說明本文所述方法和組合物的某些方面，而非意在限制權(quán) 利要求的范圍。除非另有指示，否則在本文中基于重量來提供份數(shù)和百分比。 實(shí)施例
[0023] 實(shí)施例1 :化學(xué)分散劑制備
[0024] 表 1

【權(quán)利要求】
1. 生產(chǎn)噴霧干燥的含水高嶺土粘土的方法，其包括： 將含水高嶺土粘土與水、聚丙烯酸銨或聚丙烯酸、氫氧化銨以及選自2-氨基-2-甲 基-1-丙醇、2-甲基氨基-2-甲基-1-丙醇、1-氨基-2-丙醇或其混合物的丙醇胺混合，以 產(chǎn)生粘度穩(wěn)定的分散漿料；以及 對所述漿料進(jìn)行噴霧干燥以產(chǎn)生所述噴霧干燥的含水高嶺土粘土。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其在所述混合步驟之前還包括以下步驟： 將粗高嶺土粘土與水和化學(xué)分散劑混合以產(chǎn)生分散的泥漿； 對所述分散的泥漿進(jìn)行精制以從所述分散的泥漿中去除砂和其它大的非粘土顆粒； 通過對所述分散的泥漿進(jìn)行化學(xué)漂白來從所述精制的分散的泥漿中去除鐵；以及 對所述分散的泥漿進(jìn)行過濾以產(chǎn)生具有53%-68%固體并且包含含水高嶺土粘土的 濾餅， 其中所述混合含水高嶺土粘土的步驟包括將所述濾餅與所述水、所述聚丙烯酸銨或聚 丙烯酸、所述氫氧化銨以及所述丙醇胺混合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中丙醇胺與聚丙烯酸銨或聚丙烯酸的重量比為 3. 75:1 至 5. 75:1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中丙醇胺與聚丙烯酸銨或聚丙烯酸的重量比為約 4. 75:1〇
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述混合步驟包括將所述含水高嶺土與量為2. 7 重量％至3. 3重量％的所述聚丙烯酸銨或聚丙烯酸、量為12. 6重量％至15. 4重量％氨的 所述氫氧化銨以及量為5. 1重量％至6. 3重量％的所述丙醇胺混合，其余基本上為水。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括以將所述噴霧干燥的含水高嶺土粘土加 熱至500°C至850°C的溫度以產(chǎn)生偏高嶺土粘土的步驟。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括將所述噴霧干燥的含水高嶺土粘土加熱 至高于800°C至1100°C的溫度以產(chǎn)生充分煅燒的粘土的步驟。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述混合步驟之后的所述含水高嶺土具有50% 至65%固體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述混合步驟之后的pH值為7. 6至10。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述噴霧干燥步驟之后的pH值為5至小于 8. 5〇
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述混合步驟之后的所述漿料的粘度在所述 衆(zhòng)料形成之后攪拌5天的時(shí)間后小于1000cP。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述噴霧干燥步驟之后的粘度在50%固體時(shí) 為至少2000cP。
13. 噴霧干燥的含水高嶺土粘土，其包含選自2-氨基-2-甲基-1-丙醇、2-甲基氨 基-2-甲基-1-丙醇、1-氨基-2-丙醇或其混合物的丙醇胺以及聚丙烯酸銨或聚丙烯酸，其 中聚丙烯酸銨或聚丙烯酸的量為每噸干燥粘土小于18鎊。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的粘土，其中所述聚丙烯酸銨或聚丙烯酸的量為每噸干燥粘 土小于15鎊。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的粘土，其中所述聚丙烯酸銨或聚丙烯酸的量為每噸干燥粘 土小于12鎊。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的粘土，其中所述粘土若添加至水中，則基本上不再分散于 水中。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的粘土，其中丙醇胺與聚丙烯酸銨或聚丙烯酸的重量比為 3. 75:1 至 5. 75:1。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的粘土，其中丙醇胺與聚丙烯酸銨或聚丙烯酸的重量比為約 4. 75:1〇
19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的粘土，其中所述pH值為5至小于8. 5。
20. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的粘土，其中所述粘度在50%固體時(shí)為至少2000cP。
【文檔編號】C09C1/42GK104508055SQ201380032899
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2013年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月7日
【發(fā)明者】喬治·L·布勞瑟姆, 劉易斯·A·貝利 申請人:伯吉斯顏料公司